铝的化学转化处理

ADC12铝合金钴盐化学转化的前处理工艺李海丰;任伊锦【摘要】The pretreatment processes including alkaline etching and pickling were optimized through orthogonal tests to improve the performance of cobalt-based chemical conversion coating on a high-silicon die-cast aluminum alloy ADC12. The optimal process conditions are NaOH 50g/L, EDTA 1.5 g/L, temperature 30 ℃, and time 180 s for alkaline etching, and nitric acid 400 mL/L, hydrofluoric acid 150 mL/L, temperature 40 ℃, and time 20 s for pickling. The conversion coating obtained thereunder is continuous, complete, mainly composed of Al2O3phase, and able to endure the potassium dichromate dropping corrosion for 348 s.%通过正交试验对高硅压铸铝合金 ADC12的碱蚀和酸洗前处理工艺进行优化,以提高后续钴盐化学转化膜的性能.得到较优的碱蚀工艺为NaOH 50 g/L、EDTA 1.5 g/L、温度30 ℃和时间180 s;较优的酸洗工艺为硝酸400 mL/L、氢氟酸150 mL/L、温度40 ℃和时间20 s.最优前处理工艺后所得转化膜连续、完整,主要由Al2O3相组成,耐重铬酸钾点滴腐蚀的时间长达348 s.【期刊名称】《电镀与涂饰》【年(卷),期】2018(037)007【总页数】5页(P312-316)【关键词】铝合金;碱蚀;酸洗;化学转化;钴盐;耐蚀性;微观结构【作者】李海丰;任伊锦【作者单位】湖北汽车工业学院材料科学与工程学院,湖北十堰 442000;湖北汽车工业学院材料科学与工程学院,湖北十堰 442000【正文语种】中文【中图分类】TQ153.6铝硅合金以其强度高、密度小、压铸性能好等优点而被广泛应用于机械、汽车、航空等领域。

铝及铝合金的化学转化膜处理
铝及铝合金的化学转化膜处理是一种表面处理技术，主要通过化学反应在铝及铝合金表面形成一层转化膜。

这层膜的外观和性质类似于金属的氧化物或氢氧化物，可以显著提高金属的耐腐蚀性和耐磨性，同时还可以赋予金属其他特殊性能，如绝缘性、导热性、美观性等。

化学转化膜处理的过程通常包括以下几个步骤：
前处理：这一步主要是清洁金属表面，去除油污、锈迹、杂质等，以保证转化膜的附着力和均匀性。

常用的清洁方法有机械法、化学法和电化学法等。

转化处理：在清洁的金属表面放入特定的化学溶液中，通过化学反应在表面形成一层转化膜。

这个过程通常需要一定的温度和时间，以促进化学反应的进行。

后处理：转化处理完成后，需要对金属表面进行清洗和干燥，以保证转化膜的质量和稳定性。

铝及铝合金的化学转化膜处理有多种类型，其中最为常见的是阳极氧化和化学氧化。

阳极氧化是一种通过外加电流使铝或铝合金表面的氧化膜增厚的方法，生成的氧化膜厚度可达数十至数百微米。

化学氧化则是通过化学反应在铝或铝合金表面形成一层氧化膜，通常生成的氧化膜较薄，约为0.5至4微米。

总之，铝及铝合金的化学转化膜处理是一种有效的表面处理技术，可以显著提高金属的耐腐蚀性和耐磨性，同时还可以赋予金属其他特殊性能。

这种处理方法广泛应用于航空、汽车、建筑、家电等领域。

铝件镀无铬转化膜的原理
铝件镀无铬转化膜的原理涉及到无铬转化涂层技术，这种技术
是为了替代传统的六价铬转化涂层而发展的。

传统的六价铬转化涂
层在镀铝件时具有良好的防腐蚀性能，但六价铬对环境和人体健康
有害，因此寻求替代技术成为了必然趋势。

无铬转化膜的原理主要是利用一些特定的化学物质，如钛酸盐、锰盐等，通过与铝合金表面发生化学反应，形成一层具有良好防腐
蚀性能的转化膜。

这种转化膜不含有六价铬，因此对环境和人体健
康无害。

具体来说，无铬转化膜的形成过程包括清洗、脱脂、酸洗、中和、转化处理等步骤。

在转化处理过程中，特定的化学物质与铝合
金表面发生反应，生成一种致密、均匀的转化膜，这种转化膜能够
有效地阻止金属氧化物和介质的侵蚀，起到良好的防腐蚀作用。

无铬转化膜的原理不仅在于化学物质的选择，还包括处理工艺
的控制和表面状态的要求。

只有在严格控制的工艺条件下，才能够
形成均匀致密的转化膜，从而确保镀铝件具有良好的防腐蚀性能。

总的来说，无铬转化膜的原理是利用特定化学物质与铝合金表
面发生化学反应，形成一层致密、均匀的转化膜，从而赋予镀铝件
良好的防腐蚀性能，同时避免了六价铬对环境和人体健康的危害。

这种技术的发展对于推动环保型表面处理技术的进步具有重要意义。

铝合金表面处理原理第一章概述一、铝及铝合金表面处理的目的：（主要指阳极氧化）1、防腐蚀天然氧化膜→薄，阳极氧化膜→厚≥10μm漆膜→耐磨、耐蚀、耐光、耐候2、防护—装饰形成微孔人工氧化膜后，可染成各种颜色和图案。

3、功能作用绝缘性≥100μm微孔渗渍硫化钼润滑剂→摩擦系数↓电沉积磁性金属→磁性录音盘、记忆元件等等。

二、铝及其合金表面处理的分类机械法、化学法、电化学法、阳极化膜后处理（见后面附录）三、铝型材表面处理产品种类目前市场上常见的有：1）阳极氧化（银白、砂白料）2）阳极氧化+ 电解着色（浅古铜、古铜、黑色等）3）电泳涂漆4）静电喷漆、氟碳喷漆5）静电粉末喷涂第二章铝材阳极氧化前的处理铝合金建筑型材生产工艺流程：铝材装架→脱脂→水洗→碱蚀→水洗（二道）→中和（出光）→水洗→阳极氧化（DC法）→水洗→封孔水洗→着色（AC→水洗→卸架第一节装架一、方式：横吊式、竖吊式纵吊式特点：1、适合大批量生产：每批可装载大量铝材2、减少装卸工人：减轻了装卸时的劳动力3、降低生产成本：溶液带出量少，减少化学品消耗量，夹具不浸入处理液中，减少夹具消耗量。

4、减少用水量：带出水量减少，耗水量及废水处理量减少。

适于生产能力在600吨/月以上。

目前，一般采用横吊式为多。

二、注意事项：（横吊式）1）铝材要有一定倾角（3º~ 5º）→便于氧化时气泡逸出。

2）扎料要紧，导电杆脱模要干净→保证导电良好。

3）每根料之间间距应保证→防止色差。

4）避免不同型号、长度的料扎在一起着色→防止色差。

5）每次上料面积要一定，最好是对极面积的80%，最大100%。

第二节脱脂处理一、目的：除去制品表面的工艺润滑油、防锈油及其他污物，以保证在碱洗工序中，制品表面腐蚀均匀和碱洗槽的清洁，从面提高氧化制品质量。

二、油脂种类：动物油、植物油→属皂化油，可与苛性碱发生皂化反应矿物油→属非皂化油，不与苛性碱发生皂化反应锯切液三、脱脂方法与原理1）有机溶剂：酒精、煤油、汽油、丙酮、甲苯、三氯乙烯、四氯化碳等。

铝合金表面处理的方法及应用对铝及其合金进行表面处理产生的氧化膜具有装饰效果、防护性能和特殊功能,可以改善铝及其合金导电、导热、耐磨、耐腐蚀以及光学性能等。

因此,国内外研究人员运用各种方法对其进行表面处理,以提高它的综合性能,并取得了很大进展。

目前,铝及其合金材料已广泛地应用于建筑、航空和军事等领域中。

本文分类论述了铝及其合金材料表面处理的主要方法。

1·化学转化膜处理金属表面处理工业中的化学转化处理时使金属与特定的腐蚀液接触，在一定条件下，金属表面的外层原子核腐蚀液中的离子发生化学或电化学反应，在金属表面形成一层附着力良好的难溶的腐蚀生成物膜层。

换言之，化学转化处理是一种通过除去金属表面自然形成的氧化膜而在其表面代之以一层防腐性能更好、与有机涂层结合力更佳的新的氧化膜或其他化合物的技术。

1.1阳极氧化法铝的阳极氧化法是把铝作为阳极,置于硫酸等电解液中,施加阳极电压进行电解,在铝的表面形成一层致密的Al2O3膜,该膜是由致密的阻碍层和柱状结构的多孔层组成的双层结构。

阳极氧化时,氧化膜的形成过程包括膜的电化学生成和膜的化学溶解两个同时进行的过程。

当成膜速度大于溶解速度时,膜才得以形成和成长。

通过降低膜的溶解速度,可以提高膜的致密度。

氧化膜的性能是由膜孔的致密度决定的。

1.1.1硬质阳极氧化铝的硬质阳极氧化是在铝进行阳极氧化时,通过适当的方法,降低膜的溶解速度,获得更厚、更致密的氧化膜。

常规的方法是低温(一般为0℃左右)和低硫酸浓度(如<10%H2SO4)的条件下进行,生产过程存在能耗大、成本高的缺点。

改善硬质阳极氧化膜的另一种方法是改变电源的电流波形。

氧化膜的电阻很大,氧化过程中产生大量的热量,因此,传统直流氧化电流不宜过大,运用脉冲电流或脉冲电流与直流电流相叠加,可以极大地降低阳极氧化所需要的电压,并且可使用更高的电流密度,同时还可以通过调节占空比和峰值电压,来提高膜的生长速度,改善膜的生成质量,获得性能优良的氧化膜。

Al(OH)3有两性，既溶于强酸（H+）生成铝盐（Al3+），又溶于强碱（OH-）生成偏铝酸盐（AlO2-）。

Al(OH)3、H+、Al3+、OH-、AlO2- 是铝的化合物转化关系中最常见的5种粒子，将这五种粒子按PH由小到大列出现行关系：H+ ——Al3+——Al(OH)3——AlO2- ——OH-将这条线形排列称为“铝线”。

这条铝线上相邻粒子不反应，不相邻粒子间可以反应。

相隔的粒子反应生成处于两个反应粒子中间的粒子（产物水被略去）。

相隔越远的粒子越容易发生反应。

将上述规律称为“铝线规律”。

铝线规律有着重要的应用：①用于粒子间能否大量共存应用“铝线规律”，可以直接判断粒子能否大量共存。

例如：H+和Al3+、OH- 和AlO2-能大量共存；而Al3+和OH-、H+和AlO2-不能大量共存。

②用于判断粒子间反应的生成物应用“铝线规律”，可直接判断相隔粒子间反应后的生成物。

例如：Al(OH)3和H+能反应生成Al3+，Al3+ 和AlO2- 能反应生成Al(OH)3 ，OH- 和Al(OH)3 能反应生成AlO2- 。

若处于两个粒子间的粒子不是一个而是两个时，该规律仍能成立。

例如：H+ 和AlO2- 能反应生成Al3+ 或Al(OH)3 或含有Al(OH)3 和Al3+ 二者的混合物。

Al3+ 和OH- 能反应生成Al(OH)3 或AlO2- 或含有AlO2- 和Al(OH)3 二者的混合物。

③用于判断粒子间反应的先后顺序如向含Al(OH)3 和AlO2- 的混合物中加入H+ ，与H+ 先反应的是AlO2- ，（沉淀量先增大后减小）；向含Al3+ 和Al(OH)3 的混合物中加入OH- ，与OH- 先反应的是Al3+ ，（沉淀量依然先增大后减小）。

④用于判断互滴实验的现象和产物氯化铝溶液与氢氧化钠溶液的互滴实验，以及盐酸与偏铝酸钠溶液的互滴实验，期现象和产物随滴加顺序的不同而不同。

㈠向氯化铝溶液中逐滴加入氢氧化钠溶液。

一．工作原理：铝材在碱溶液中反应速度与铝离子浓度成反比，即铝离子浓度高，反应速度就慢，由于机械纹沟底处反应生成的铝离子比沟表面的铝离子扩散速度慢，故沟底铝离子浓度高于沟表面铝离子浓度，因而沟表面反应速度快于沟底的反应速度，从而实现了除去机械纹的目的。

与此同时，铝表面以合金相为阴极，邻近铝晶粒为阳极，形成局部微电池反应，晶界处铝颗粒不断溶解，合金相表面镁，硅不断还原，粗化表面。

二．工艺目的：进一步去除铝表面的赃物，彻底去除自然氧化膜，消除铝表面轻微缺陷，较长时间碱洗，可获得没有强烈反光的均匀柔和的漫反射表面，即砂面。

三．工艺配方：1.NaOH 35-65g/L温度55+/-5度时间5-60秒适用于尺寸要求较高之高档产品使用2.NaOH 80-150g/LNaNO3 350-400g/L温度 70-100度时间 30-180秒可得到较光滑的雾面表面，去机械纹能力较强，能消除一定程度的碰刮伤，适合尺寸要求较宽之较大件产品使用。

3.NaOH 200-300g/LNaNO3 60-100g/L温度 80-110度时间30-120秒可得到较光亮的银白表面。

四．工艺参数影响：1. 游离氢氧化钠浓度：新开槽起始浓度一般为35-40g/L，以后随着偏铝酸钠浓度的增加适当递增，日常生产中所使用的氢氧化钠浓度最高为300g/L；2. 槽液温度：温度升高铝的碱洗速度也随之加快，一般为50-110度；3. 铝离子浓度：铝离子浓度升高碱洗速度减慢，铝离子含量一般为3-50g/L；4. 处理时间：根据所要得到的表面效果调整，一般为5秒到5分钟。

五．缺陷及对策：1. 外观粗糙1.1挤压用的铝棒原始晶粒尺寸大1.2铝棒加热温度偏高或者挤压速度太快1.3采用的挤压机吨位偏小1.4挤压后淬火不足1.5碱洗速度太快2. 斑点2.1熔炼铸棒时加入回收铝的比例太高对策：熔炼时注意控制好回收铝的比例一般应小于10%2.2水中氯离子含量高，出现腐蚀斑点对策：改善原始铝材材质;采用较好的水质；提高除灰槽硝酸浓度；在水洗槽中加入1-5g/L的硝酸2.3大气腐蚀对策：缩短原始铝材转入阳极氧化的周转时间；待氧化的铝材放在环境干燥，空气良好的位置；2.4. 挤压热斑-间距相等的斑点对策：控制挤压出料台的运行速度在一定程度上大于铝材的挤出速度；采用导热效果较差的其它耐高温材料代替石墨棍；加强风冷淬火力度，加快将挤压出口铝材降至＜250°3. 流痕原因：碱蚀速度太快和转移速度太慢对策：加快转移；降低槽液温度；降低槽液浓度；避免因装料过密造成局部过热引起的碱流痕。